KR101981615B1 - 코일 부품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고인덕턴스와 고포화 전류를 양립할 수 있는 코일 부품을 제공한다.
기둥 형상부(11); 기둥 형상부(11)의 양단부에 형성되는 사각판 형상부(12); 기둥 형상부(11)에 절연 피복 도체를 권회하여 이루어지는 코일(31); 코일(31)의 양단부와 전기적으로 접속되어 이루어지는 전극 단자(41); 및 코일(31)의 적어도 일부를 피복하는 외장부(21);를 구비하고, 기둥 형상부(11) 및 사각판 형상부(12)는 페라이트 재료로 이루어지고, 외장부(21)는 금속 자성 입자 및 수지 재료를 함유하고, 기둥 형상부(11)의 중심을 통해 기둥 형상부(11)의 장축 방향으로 수직한 단면에서 기둥 형상부(11)의 단면적S1이 외장부(21)의 단면적S2보다 큰 코일 부품.
기둥 형상부(11); 기둥 형상부(11)의 양단부에 형성되는 사각판 형상부(12); 기둥 형상부(11)에 절연 피복 도체를 권회하여 이루어지는 코일(31); 코일(31)의 양단부와 전기적으로 접속되어 이루어지는 전극 단자(41); 및 코일(31)의 적어도 일부를 피복하는 외장부(21);를 구비하고, 기둥 형상부(11) 및 사각판 형상부(12)는 페라이트 재료로 이루어지고, 외장부(21)는 금속 자성 입자 및 수지 재료를 함유하고, 기둥 형상부(11)의 중심을 통해 기둥 형상부(11)의 장축 방향으로 수직한 단면에서 기둥 형상부(11)의 단면적S1이 외장부(21)의 단면적S2보다 큰 코일 부품.
Description
본 발명은 이른바 드럼형의 코어를 포함하는 코일 부품에 관한 것이다.
코일 부품의 일종으로서 자성(磁性) 재료 등으로 이루어지는 드럼형의 코어와, 그 코어에 절연 피복 도체를 권회(卷回)하여 이루어지는 코일을 포함하는 드럼형의 코일 부품을 들 수 있다. 휴대기기를 비롯한 전자 기기에서는 고성능화가 요구되고, 높은 성능을 가지는 부품의 제공이 요구되고 있다. 코일 부품으로서는 높은 포화 전류의 용도가 확산되었고, 고내전압(高耐電壓)의 것도 요구되고 있다. 따라서 고절연성과 고전류 특성의 양립이 코일 부품의 분야에서 요구되고 있다.
특허문헌 1의 기술에서는 페라이트 코어와 페라이트 파우더를 포함하는 외장을 조합하여 이루어지는 코일 부품이 제공되어 고인덕턴스가 얻어진다고 한다. 그와 같은 코일 부품에서는 소결(燒結)시킨 페라이트 분말이 이용되고, 이와 같은 소결시킨 분말은 분말의 상태에서 소결시키거나 또는 소결한 자성체를 분쇄하여 얻는 등 어느 방법에서도, 비표면적(比表面的)이 크고 수지와 혼련(混練)하면 점성을 낮출 수 없다는 등의 이유로 소결시킨 분말의 충전율은 낮게 될 수밖에 없었다. 그렇기 때문에 외장을 두껍게 하여 고쉴드 효과를 얻는 것에 의해 고인덕턴스를 얻는 것이 모색되어왔다.
하지만 전술한 특허문헌 1의 기술에서는 고인덕턴스가 얻어져도 페라이트 코어가 포화하기 쉬워지기 때문에 포화 전류는 낮아진다.
상기를 감안하여, 본 발명은 인덕턴스나 절연성의 저하를 방지하면서 높은 포화 전류를 나타내는 코일 부품의 제공을 과제로 한다.
본 발명자들이 예의 검토한 결과, 이하와 같은 본 발명을 완성했다.
(1) 기둥 형상부(柱狀部); 상기 기둥 형상부의 양단부(兩端部)에 형성되는 사각판 형상부; 상기 기둥 형상부에 절연 피복 도체를 권회하여 이루어지는 코일; 상기 코일의 양단부와 전기적으로 접속되어 이루어지는 전극 단자; 및 상기 코일의 적어도 일부를 피복하는 외장부;를 구비하고, 상기 기둥 형상부 및 사각판 형상부는 페라이트 재료로 이루어지고, 상기 외장부는 금속 자성 입자 및 수지 재료를 함유하고, 상기 기둥 형상부의 중심을 통해 기둥 형상부의 장축(長軸) 방향으로 수직한 단면에서 상기 기둥 형상부의 단면적S1이 상기 외장부의 단면적S2보다 큰 코일 부품.
(2) 상기 기둥 형상부의 장축의 길이가 상기 사각판 형상부의 가장 긴 부분의 길이보다 긴 (1)의 코일 부품.
(3) 상기 외장부가 상기 금속 자성 입자를 50vol% 내지 90vol% 함유하는 (1) 또는 (2)의 코일 부품.
(4) 상기 외장부가 비정질(非昌質)의 상기 금속 자성 입자를 함유하는 (1) 내지 (3)의 코일 부품.
(5) 상기 절연 피복 도체는 상기 기둥 형상부에만 권회되어 이루어지는 (1) 내지 (4)의 코일 부품.
(6) 상기 단면적S2가 상기 단면적S1의 0.2배 내지 0.95배인 (1) 내지 (5)의 코일 부품.
본 발명에 의하면, 고인덕턴스와 고포화 전류를 양립하는 코일 부품이 제공된다. 구체적으로는 금속 자성 입자를 포함하는 외장부보다 기둥 형상부의 단면적을 크게 하는 것에 의해 페라이트 재료로 이루어지는 기둥 형상부의 포화점을 높일 수 있어 높은 포화 전류를 얻을 수 있다. 기둥 형상부 및 사각판 형상부는 페라이트 재료이기 때문에 고절연성이 담보되고, 칩 부품과 같은 소형 부품의 제조에 유리하다. 바람직하게는 기둥 형상부의 장축이 사각판 형상부의 가장 긴 변(邊)보다 길고, 이에 의해 외장부의 자로(磁路)에 차지하는 비율이 커지고, 외장부의 영향을 작게 하면서 자성체의 성능을 살릴 수 있어, 결과적으로 자성체가 가지는 포화 특성이 유효하게 활용되어 큰 포화 전류가 얻어진다.
본 발명의 바람직한 형태에 의하면, 외장부에 차지하는 금속 자성 입자가 많고 얇은 외장부이어도 높은 인덕턴스를 얻을 수 있다. 다른 바람직한 형태에 의하면, 외장부에는 비정질의 금속 자성 입자가 포함되고, 이에 의해 충전성이 높아져 외장부의 두께를 얇게 할 수 있어, 포화 전류를 보다 높일 수 있다. 또 다른 바람직한 형태에 의하면, 절연 피복 도체는 기둥 형상부에만 권회시키는 것에 의해 이른바 권회 팽창(卷膨)이 방지되고, 이에 해당하는 분량만큼 기둥 형상부를 크게 할 수 있고, 또한 외장부의 편차를 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 코일 부품의 모식도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 기둥 형상부 및 사각판 형상부의 모식도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에서의 코일 부품의 모식도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에서의 코일 부품의 모식도.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 기둥 형상부 및 사각판 형상부의 모식도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에서의 코일 부품의 모식도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에서의 코일 부품의 모식도.
이하, 도면을 적절히 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 도시된 형태에 한정되지 않고, 또한 도면에서는 발명의 특징적인 부분을 강조하여 표현한 경우가 있기 때문에 도면 각(各) 부(部)에서 축척의 정확성은 반드시 담보되지 않는다. 본 발명의 코일 부품은 코어와 코어의 기둥 형상부에 권회된 코일을 구비하는 코일 부품이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 코일 부품의 모식도다. 도 1의 (A)는 기둥 형상부의 장축 방향을 따른 모식 단면도이며, 그 A-A' 단면도가 도 1의 (B)다. 코어는 기둥 형상부(11)와 사각판 형상부(12)를 포함한다. 도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 기둥 형상부 및 사각판 형상부의 모식도다. 도 2의 (A)는 기둥 형상부의 장축 방향을 따른 모식 단면도이며, 그 B-B' 단면도가 도 2의 (B)다.
기둥 형상부(11)는 절연 피복 도체를 권회시킬 수 있는 영역을 구비하면 형상은 특히 한정되지 않고, 바람직하게는 원통 형상이나 각 기둥 형상 등과 같은 일방향(一方向)에 길이(L1)의 장축을 가지는 입체 형상이다. 사각판 형상부(12)는 상기 장축의 양단에 각각 설치되고, 소정의 두께를 가지는 사각 형상의 판 형상의 구조를 가진다. 바람직하게는 도시되는 바와 같이 사각 형상은 장변(L2)(長邊) 및 단변(L3)(短邊)을 가지는 직사각형 형상이다. 기둥 형상부(11)의 장축의 양단은 바람직하게는 사각판 형상부(12)의 사각 형상의 중심부에 당접(當接)한다. 또한 기둥 형상부(11)와 사각판부(12)는 일체적으로 구성되어도 좋다. 바람직하게는 사각판 형상부(12)의 적어도 하나에는 전극 단자(41)가 설치된다. 전극 단자(41)는 후술하는 코일의 단부와 전기적으로 접속되고, 통상적으로는 전극 단자(41)를 개재하여 본 발명의 코일 부품은 기판 등에 전기적으로 접속된다.
바람직하게는 기둥 형상부(11)의 장축의 길이(L1)는 사각판 형상부(12)의 가장 긴 일변(一邊)보다 길다. 이에 의해 외장부의 자로에 차지하는 비율이 커져 외장부의 영향을 작게 하면서 자성체의 성능을 살릴 수 있고, 결과적으로 자성체가 가지는 포화 특성이 유효하게 활용되어 큰 포화 전류를 얻을 수 있다. 기둥 형상부(11)와 2개의 사각판 형상부(12)로 드럼형의 코어가 구성된다. 이하의 설명에서는 기둥 형상부(11)와 2개의 사각판 형상부(12)를 총칭하여 코어라고 기재하는 경우가 있다.
기둥 형상부(11)와 사각판 형상부(12)는 페라이트 재료로 이루어진다. 페라이트 재료는 산화철 또는 철과 다른 금속의 복합 산화물에서 자성이 발현되도록 구성되어 이루어지는 재료이며, 공지의 페라이트 재료를 특히 한정없이 이용할 수 있다. 예컨대 투자율(透磁率)이 200 내지 2,000 정도의 Ni-Zn페라이트나 Mn-Zn페라이트 등이 바람직하게 이용된다. 이와 같은 페라이트 재료를 바인더와 혼합하고, 금형을 사용하여 압력을 가하고 드럼형을 형성하고, 그 후 소성(燒成)하는 등으로 기둥 형상부(11) 및 사각판 형상부(12)를 얻을 수 있다. 페라이트 재료에는 유리 코트를 수행하는 등의 분체(粉體) 처리를 수행해도 좋다. 페라이트 재료로 코어를 성형하는 구체적인 기법 등에 대해서는 종래 기술을 적절히 참조할 수 있다.
코어에서의 기둥 형상부(11)의 주위에 절연 피복 도체를 권회하는 것에 의해 코일(31)을 얻는다. 또한 전극 단자(41)를 바람직하게는 사각판 형상부(12)에 형성한다. 절연 피복 도체의 형태 및 절연 피복 도체를 기둥 형상부(11)에 권회하여 코일(31)을 얻는 형태나 기법 등은 종래 기술을 적절히 참조할 수 있다. 바람직하게는 절연 피복 도체는 기둥 형상부(11)에만 권회시키고, 이를 바꿔 말하면 트래버스에 의해 1층으로 권선을 형성한다는 뜻이며, 절연 피복 도체끼리가 중첩되지 않도록 권회한다는 뜻이다. 이에 의해 전술한 바와 같은 불필요한 권회 팽창이 방지된다. 전극 단자(41)는 코일(31)의 양단부의 각각과 전기적으로 접속하고, 본 발명의 코일 부품 이외와의 접속점으로서 이용할 수 있다. 전극 단자(41)의 형태나 제조법은 특히 한정되지 않고, 바람직하게는 도금을 이용하여 형성되고, 보다 바람직하게는 Ag, Ni 및 Sn을 함유한다. 예컨대 Ag페이스트를 사각판 형상부(12)에 도포하고 소부(燒付)하여 하지를 형성한 후에 Ni, Sn도금을 수행하고, 이 상에 납땜 페이스트를 도포하고, 이어서 상기 납땜을 용융시켜 코일의 단부를 매립하고, 권선과 전극 단자(41)를 전기적으로 접합시킬 수 있다.
코일(31)의 적어도 일부는 외장부(21)에 피복되고, 외장부(21)는 수지 재료와 금속 자성 입자를 함유한다. 외장부의 존재에 의해 자속의 쉴드성이 향상된다. 바람직하게는 외장부의 중량의 50vol% 내지 90vol%을 금속 자성 입자가 차지한다. 이와 같이 금속 자성 입자의 함유율을 높이는 것에 의해 고인덕턴스가 기대된다.
금속 자성 입자는 산화되지 않는 금속 부분에서 자성이 발현되도록 구성되어 이루어지는 재료이며, 예컨대 산화되지 않는 금속 입자나 합금 입자, 또는 그들 입자의 주위에 산화물 등이 설치되어 이루어지는 입자 등을 들 수 있다.
외장부(21)에는 이와 같은 금속 자성 입자와 수지 재료가 포함된다. 예컨대 금속 자성 입자를 수지와 혼련한 것으로 코일(31)의 외측을 피복하여 외장부(21)를 형성한다. 도포 방법은 롤러를 사용한 전사(轉寫)이어도 좋고, 열경화에 의해 외장부(21)를 얻어도 좋고, 외장부(21)의 형성 전의 반제품을 수지가 주입된 형에 넣고 경화시키거나, 딥(dip) 시키는 등 하여 외장부(21)를 부분적으로 형성해도 좋다. 외장부(21)를 위한 금속 자성 입자는 예컨대 합금계의 Fe-Si-Cr, Fe-Si-Al, Fe-Ni, 비정질의 Fe-Si-Cr-B-C, Fe-Si-B-Cr, 또는 Fe, 또는 이들 혼합시킨 재료 등을 들 수 있고, 평균 입자 지름으로서 2μm 내지 30μm이 바람직하다. 외장부용의 수지 재료는 특히 한정되지 않고, 예컨대 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리에스테르 수지 등이 비한정적으로 예시된다.
외장부(21)에는 전술한 바와 같은 비정질의 금속 자성 입자가 포함되는 것이 바람직하다. 이에 의해 고충전이 가능해지고, 포화 전류를 보다 높일 수 있다. 외장부(21)에 비정질의 금속 자성 입자가 포함되는 것은 X선 회절의 측정 기법에 의해 회절 패턴이 브로드인 것에 의해 확인할 수 있다.
금속 자성 입자는 예컨대 아토마이즈법으로 제조되는 입자를 들 수 있다. 구체적으로는 합금 입자 제조의 공지의 방법을 채택해도 좋고, 예컨대 Epson Atmix(주) 사제 PF-20F, Nippon Atomized Metal Powders(주) 사제 SFR-FeSiAl 등으로서 시판되는 것도 이용할 수 있다. 금속 자성 입자로부터 외장부(21)를 얻는 방법에 대해서는 특히 한정되지 않고, 피복 기술이나 도막(塗膜) 형성 기술에서의 공지의 수단을 적절히 적용할 수 있다.
본 발명에서는 기둥 형상부(11)의 단면적S1과 외장부(21)의 단면적S2의 대소 관계가 중요하다. 단면적S1 및 단면적S2는 기둥 형상부(11)의 중심을 통해 기둥 형상부(11)의 장축 방향으로 수직한 단면에서 구해된다. 상기 단면은 도 1의 (A)에서의 A-A' 단면이며, 도 1의 (B)는 상기 단면의 평면도다. 상기 단면에서의 기둥 형상부(11)가 차지하는 영역의 면적이 S1이며, 외장부(21)가 차지하는 영역의 면적이 S2이다. 본 발명에서는 S1>S2이며, S2는 바람직하게는 S1의 0.2배 내지 0.95배다. 외장부(21)보다 기둥 형상부(11)의 단면적을 크게 하는 것에 의해 페라이트 재료로 이루어지는 기둥 형상부(11)의 포화점을 높일 수 있어, 높은 포화 전류를 얻을 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에서의 코일 부품의 모식도다. 도 3의 (A) 및 도 4의 (A)에서의 A-A' 단면을 각각 도 3의 (B) 및 도 4의 (B)로서 묘사한다. 도 3의 형태에서는 외장부(21)의 피복 두께가 도 1의 형태보다 얇게 이루어진다. 도 4의 형태에서는 외장부(21)는 코일(31)의 일부만을 피복한다. 또한 외장부(21)를 일부분만으로 하는 경우에는 전극 단자(41)와 외장부(21)가 접하지 않도록 배치하는 것이 용이해지고, 내압도 높일 수 있다. 이 형태의 코일 부품도 또한 본 발명에 포함된다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에 기재된 형태에 한정되지 않는다.
이하의 요령으로 코일 부품을 제조했다.
코어 사이즈[기둥 형상부의 장축×사각판 형상부의 종(縱) 치수×사각판 형상부의 횡(橫) 치수]: 2.0×2.0×2.0mm의 드럼 코어(실시예1, 비교예1), 2.0×1.6×1.6mm의 드럼 코어(상기 이외)
코어의 페라이트 재료: Ni-Zn페라이트 분말을 압축 성형한 후에 1,000℃로 소성
권선: 폴리이미드 수지로 피복된 동선(銅線), φ 0.1mm
주회 수: 10턴
전극 단자: Ag페이스트(소성)+Ag페이스트(경화)+Ni/Sn도금
외장부의 수지: 에폭시 수지
기둥 형상부(11) 및 사각판 형상부(12)로 이루어지는 코어는 Ni-Zn페라이트 재료를 상기 치수로 압축 성형하고 나서 1,000℃로 소성하는 것에 의해 얻었다. 코일은 상기 조건으로 절연 피복 도선을 권회하는 것에 의해 얻었다. 전극 단자(41)는 Ag페이스트를 소부하고, 또한 Ag페이스트를 도포하여 경화시켜, 그 위에 Ni/Sn도금을 수행하는 것에 의해 형성했다. 외장부(21)는 이하의 조건으로 제작했다. 또한 실시예4에서는 도 4에 도시하는 바와 같이 코일(31)의 일부만을 외장부(21)로 피복했다.
| 단면적S1 | 외장부 재료 | 충전율 | 단면적S2 | S2/S1 | |
| 비교예1 | 1.00mm2 | FeSiCr | 70% | 1.25mm2 | 1.25 |
| 실시예1 | 1.21mm2 | FeSiCr | 70% | 0.94mm2 | 0.78 |
| 비교예2 | 0.88mm2 | FeSiCr | 70% | 1.11mm2 | 1.25 |
| 실시예2 | 1.04mm2 | FeSiCr | 75% | 0.93mm2 | 0.89 |
| 실시예3 | 1.10mm2 | FeSiCrB | 85% | 0.55mm2 | 0.50 |
| 실시예4 | 1.26mm2 | FeSiCrB+Fe | 88% | 0.20mm2 | 0.16 |
외장부 재료는 이하와 같다.
FeSiCr: Fe가 92wt%, Si가 3wt%, Cr이 5wt%인 결정성 재료
FeSiCrB: Fe가 93wt%, Si가 3wt%, Cr이 3wt%, B가 1wt%인 비정질 재료
FeSiCrB+Fe: 60중량부의 상기 FeSiCrB와 40중량부의 Fe(순도 99.6%)의 혼합 재료
(평가)
각각의 시료에 대하여 LCR미터를 이용하여 1MHz에서의 인덕턴스 값을 구했다. 또한 각각의 시료에 대하여 직류 전류 인가에 의해 인덕턴스를 저하시켜 0.7μH가 되었을 때의 전류값을 포화 전류라고 평가했다. 인덕턴스 및 포화 전류의 각 값은 이하와 같다.
| 인덕턴스[μH] | 포화 전류[A] | |
| 비교예1 | 1.01 | 2.43 |
| 실시예1 | 1.09 | 2.79 |
| 비교예2 | 1.08 | 1.60 |
| 실시예2 | 1.12 | 2.09 |
| 실시예3 | 1.10 | 2.24 |
| 실시예4 | 1.08 | 2.19 |
같은 치수의 시료에 대하여 비교하면, 실시예에서는 비교예보다 고인덕턴스 및 고포화 전류가 달성되었다.
11: 기둥 형상부 12: 사각판 형상부
21: 외장부 31: 코일
41: 전극 단자
21: 외장부 31: 코일
41: 전극 단자
Claims (6)
- 기둥 형상부;
상기 기둥 형상부의 양단부(兩端部)에 형성되는 사각판 형상부;
상기 기둥 형상부에 절연 피복 도체를 권회(卷回)하여 이루어지는 코일;
상기 코일의 양단부와 전기적으로 접속되어 이루어지는 전극 단자; 및
상기 코일의 적어도 일부를 피복하는 외장부;
를 구비하고,
상기 기둥 형상부 및 사각판 형상부는 페라이트 재료로 이루어지고,
상기 외장부는 금속 자성(磁性) 입자 및 수지 재료를 함유하고,
상기 기둥 형상부의 중심을 통해 기둥 형상부의 장축(長軸) 방향으로 수직한 단면(斷面)에서 상기 기둥 형상부의 단면적S1이 상기 외장부의 단면적S2보다 크고,
상기 절연 피복 도체는 상기 기둥 형상부에 1층으로 권회되어 이루어지는 코일 부품. - 제1항에 있어서,
상기 기둥 형상부의 장축의 길이가 상기 사각판 형상부의 가장 긴 부분의 길이보다 긴 코일 부품. - 제1항에 있어서,
상기 외장부가 상기 금속 자성 입자를 50vol% 내지 90vol% 함유하는 코일 부품. - 제1항에 있어서,
상기 외장부가 비정질(非晶質)의 상기 금속 자성 입자를 함유하는 코일 부품. - 삭제
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단면적S2가 상기 단면적S1의 0.2배 내지 0.95배인 코일 부품.
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